金斌、陳琨

（1.江西交投嘉特信招標咨詢有限公司，江西南昌 330108；2.江西嘉特信工程技術有限公司，江西南昌 330108）

0 引言

據(jù)相關建筑部門統(tǒng)計，截至2022年，全國已有橋梁100 多萬座，每年開工的橋梁約10000 余座，這些橋梁的基礎和墩柱大多位于水中，因此橋梁的工作條件和工作環(huán)境比水上結構更為苛刻。在水流條件下，橋梁墩柱和樁基易發(fā)生混凝土剝落和露筋現(xiàn)象，為此，通常采用圍堰、抽水和鋼筋混凝土加固等傳統(tǒng)的加固措施。橋梁墩柱、樁基在水流環(huán)境下，發(fā)生混凝土剝落、露筋現(xiàn)象是一種常見的病害，但由于受到周圍的環(huán)境，特別是防洪排澇等因素的制約，對于具有以上缺陷的橋墩，不能用傳統(tǒng)的方法加固，亟須開發(fā)一種適合不同環(huán)境下的橋梁樁基加固施工工藝[1-3]。

自20世紀70年代起，美國首次將水下玻纖套筒加固系統(tǒng)用于馬里蘭州的橋梁加固[4]。該系統(tǒng)主要用于應對各種腐蝕、混凝土脫落等病害的結構基礎、碼頭樁基等修復和加固防護，以及對新建結構的預先防護。在已有水下玻纖套筒加固系統(tǒng)的基礎上，本文結合自主研發(fā)涉水樁基玻纖套筒，對溫厚高速棠墅港大橋的維修和加固進行研究，結合橋梁病害調(diào)研確定橋梁維修方案，取得了優(yōu)異的性能表現(xiàn)。

1 工程概況

溫厚高速公路是原交通部“九五”規(guī)劃的重點項目，是江西第一條全標準高速公路。東起進賢縣溫家圳，西止于新建縣厚田鄉(xiāng)，是滬瑞高速在江西境內(nèi)的中段，又稱新國家高速公路滬瑞高速溫厚段，線路全長35.5km。路基寬28m，路面寬21m，瀝青混凝土路面雙向4 車道（遠期6 車道），設計行車速度120km/h。它于1996年12月28日正式開工，1999年2月8日正式交付使用。

棠墅港大橋中心樁號為K720+144.5，下部結構采用了柱式墩配鉆孔灌注樁基礎，橋臺采用肋板式橋臺配鉆孔灌注樁基礎。

2 病害分析

經(jīng)檢測人員對溫厚高速棠墅港大橋涉水樁基進行現(xiàn)場檢測調(diào)查，發(fā)現(xiàn)棠墅港大橋主要有7 根涉水樁基存在沖刷掏空、混凝土露筋現(xiàn)象。具體病害情況見表1。

從表1 可以看出，此次檢修的棠墅港橋梁出現(xiàn)了混凝土剝落、鋼筋裸露、腐蝕等問題，具體主要病害原因分析如下。

第一，在長期的自然條件影響下，河道沖刷造成了河床面下沉，從而使樁基暴露。此外，由于橋墩對于水流起阻礙作用，使得在靠近橋墩的地方，水流速度較高，形成旋流，侵蝕了橋墩周圍的地基。第二，鋼筋籠定位偏差引起的樁基鋼筋外露。樁基施工過程中，由于鋼筋籠固定不牢或者定位偏差，致使樁基一側(cè)保護層變薄或缺少保護層，在水流的沖擊下容易出現(xiàn)混凝土剝落和露筋現(xiàn)象。第三，在河流水位變化干濕交替的環(huán)境下，樁基外露鋼筋產(chǎn)生銹蝕、體積膨脹，加劇了混凝土的松散剝離。

3 橋梁維修方案

在本文對棠墅港橋梁進行修復研究時，只對樁基6-1、7-2 進行修復分析。

3.1 施工流程

對樁基6-1、7-2 進行病害分析后，確定修復范圍及尺寸，具體情況見表2。

表2 修復范圍及尺寸

3.2 施工準備

3.2.1 技術準備

熟悉并審查設計圖紙和有關技術文件，核實工程內(nèi)容，編制施工工藝文件，參加設計交底和圖紙會審；組織各級部門進行技術交底，班組長向施工工人進行工序交底、交清工序內(nèi)容、操作要領、質(zhì)量標準、安全注意事項等；規(guī)劃勞動組織，進行人員培訓。

3.2.2 施工現(xiàn)場準備

根據(jù)現(xiàn)場需要及施工平面布置圖，設置施工作業(yè)警戒線、懸掛警戒標牌，保證做好材料以及機械防火、防潮、防雨淋措施，并將其放置整齊。對所有機具設備進行檢查，保證所有機具設備完好，資料齊全。

3.2.3 機具準備

施工使用到的所有機具設備應該有相應的檢驗證明或者合格證書，施工機具進入施工現(xiàn)場后及時做好防護以及安全警示，安放位置要嚴格按照施工平面布置圖進行擺放。

3.3 鋼筋混凝土樁清理

在對鋼筋混凝土樁進行清理時，對安裝區(qū)域進行水下探摸，確定套筒安裝部位的位置，并對清理區(qū)域內(nèi)混凝土密實情況、表面粗糙度、周邊混凝土的密實程度進行記錄，再由潛水作業(yè)組在水下對原樁基表面不牢固的部分進行沖洗和鑿除破損部位的松散混凝土及其他不牢固附著物直至露出堅硬、密實的混凝土[5-6]。

3.3.1 混凝土樁開挖深度確定

經(jīng)潛水員水下探摸后，結合現(xiàn)有檢測報告和設計資料，確定6-1 樁基設計安裝套筒長度為5.4m，安裝位置為樁頂以下5.4m 范圍內(nèi)，樁頂以下0.5m 范圍內(nèi)樁基直徑較大，通過測量計算，此范圍內(nèi)混凝土樁周大于護甲安裝長度。因此需要對此范圍內(nèi)混凝土進行鑿除，樁周和下部沖刷嚴重處樁周相同，以便玻纖套筒安裝和后期灌料作業(yè)。除此之外，樁頂往下3.4m 以下樁基全部被流沙覆蓋，根據(jù)設計要求，需要清淤2m 左右，施工地點水流大，河沙流動性強，不易開挖，故將套筒安裝長度變?yōu)?.9m，因此需要開挖深度為0.5m。

7-2 樁基設計安裝套筒長度為2.3m，安裝位置為樁頂以下2.3m 范圍內(nèi)，樁頂以下0.5m 范圍內(nèi)樁基直徑較大，經(jīng)測量計算，此范圍內(nèi)混凝土樁周大于護甲安裝長度。因此也需要對此范圍內(nèi)混凝土進行鑿除，樁周和下部沖刷嚴重處樁周相同，以便玻纖套筒安裝和后期灌料作業(yè)。樁頂往下0.7m 以下樁基全部被流沙覆蓋，根據(jù)設計要求，需要清淤1.1m 左右，施工地點水流大，河沙流動性強，不易開挖，故將套筒安裝長度變?yōu)?.7m，因此需要開挖深度為0.5m。

結合現(xiàn)場實際情況，此次樁基清理主要包括：樁頂以下0.5m 范圍內(nèi)混凝土樁基鑿除；樁頂以下3.4m以下0.5m 范圍流沙開挖清除。

3.3.2 混凝土鑿除方式確定

混凝土樁基鑿除作業(yè)一般采用兩種形式進行鑿除，一是使用大型風鎬作業(yè)進行鑿除處理，此作業(yè)的優(yōu)點是設備力道大，鑿除效率高，并且可以在水下進行作業(yè)，不存在安全用電隱患；缺點是所用設備自重大，移動困難。二是使用電鎬進行鑿除，此作業(yè)優(yōu)點是所用設備自重輕，便于移動攜帶；缺點是工作效率較低且水陸交界處作業(yè)存在安全用電隱患。

此次作業(yè)前，經(jīng)過對水流環(huán)境、水位以及周圍施工環(huán)境的綜合考察，最終確定使用電鎬進行混凝土鑿除處理，并克服水流刮風等因素的影響。

在對樁基淤泥清理時，需要將上部混凝土鑿除掉落的混凝土塊進行處理，然后再把大塊混凝土進行搬除或使用繩子將其吊離至樁基周圍，最后再將土塊連同流沙沖走。

3.4 安裝玻纖套筒

安裝玻纖套筒前，首先結合圖紙以及現(xiàn)場實際情況應對套筒安裝位置進行確定，使用繩子、卷尺等工具對即將安裝套筒的位置進行定位。其次，潛水員使用高壓水槍對安裝位置進行進一步清洗處理。清洗完成后，輔助工具將套筒搬運至水面，在潛水員的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮下，將套筒下放至指定位置并保證其平衡，然后由潛水員將套筒安裝于指定位置并將其位置擺正，再使用捆緊器將套筒與樁基綁扎，使其盡量與樁基緊密連接（一般每隔0.5m 左右需一根捆緊器，上口下口處需特別加強）。在確認安裝位置無誤并將其捆緊后，潛水員使用氣動工具將套筒接口處使用螺釘連接固定（一般以10～15cm 左右為標準安裝螺釘）。最后，使用密封膠條將安裝套筒的底面做封口處理，必要時可使用土工布等材料對底面進行加固處理，防止后期灌漿過程中出現(xiàn)漏漿問題。

安裝完成后，進行環(huán)氧灌漿料的灌漿工作。此次施工中，根據(jù)設計要求，灌注漿料種類及高度見表3。

表3 灌漿料種類及高度

在灌漿過程中，需要實時對漿料下流等情況進行探摸，確保沒有出現(xiàn)漏漿問題，并保證灌漿料底面流平以后進行后邊灌注，防止?jié){料溢出，浪費材料。灌漿至樁基四周縫隙內(nèi)漿料填滿為標準，灌注完成后，使用封頂膠對其進行封頂處理。

3.5 加固系統(tǒng)效果分析

通過對溫厚高速棠墅港大橋的維修和加固項目效果的分析，發(fā)現(xiàn)橋梁涉水樁基玻纖復合材料加固系統(tǒng)具有強度高、耐UV、免維護；環(huán)氧灌漿料與套筒黏結強度高；適用性強，對木、混凝土和鋼墩柱都有效；防腐性能好，耐海水腐蝕和各種化學制劑；耐干濕、冷熱、凍融的交互作用；耐海水潮汐、廢水、電解等腐蝕；可水下施工，無需構筑圍堰及排水；施工快捷方便，無需封橋或斷路施工；可人工灌注或泵送環(huán)氧灌漿料；符合海洋生物環(huán)境安全標準，在咸水、淡水和半咸水內(nèi)都有效優(yōu)點。

4 結論

第一，橋梁墩柱、樁基在海水和淡水環(huán)境下發(fā)生混凝土剝落、露筋現(xiàn)象是一種常見的病害，而傳統(tǒng)加固和修復工藝施工工期長，措施費成本高，同時，可能在未來需要對墩柱進行重復的維修。而水下玻纖套筒加固系統(tǒng)作為已經(jīng)很成熟的用于水下墩柱和樁基加固和修復的加固工藝，無需任何圍堰和排水作業(yè)，施工工期短，加固后結構整體耐久性好，是一種新型的水下結構加固新工藝，在國內(nèi)公路橋梁、碼頭等結構加固中有著廣闊的應用前景。

第二，后期為了滿足未來對水下結構加固技術更高的防腐要求，可以考慮對內(nèi)部增加犧牲陽極防腐裝置的可行性進行研究，提高水下玻纖套筒加固系統(tǒng)在高腐蝕性環(huán)境（如海水環(huán)境等）的耐久性，同時也能最大限度地增加水下結構的壽命，以滿足更高的耐久性要求。